认知双向中继网络的自适应优化方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种认知双向中继网络的自适应优化方法，包括：设定主用户节点的干扰温度和次用户节点的中断概率门限值；估计得到认知双向中继网络中各个节点的信道状态信息；通过预设中断概率快速评估方法计算认知双向中继网络的中断概率；比较中断概率和中断概率门限值；如果中断概率小于中断概率门限值，则通过认知双向中继网络传输数据，否则调整认知双向中继网络的传输速率以降低认知双向中继网络的中断概率。根据本发明实施例的认知双向中继网络的自适应优化方法可有效保证认知双向中继网络的数据传输可靠性。本发明还提出了一种认知双向中继网络的自适应优化系统。
【专利说明】认知双向中继网络的自适应优化方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明设计通信【技术领域】，特别涉及一种认知双向中继网络的自适应优化方法及系统。
【背景技术】
[0002]认知无线电是未来无线网络的关键技术之一。通过频谱共享，认知无线电能极大地提高频谱效率，是缓解频谱资源紧张的有效举措.一个共存式频谱共享系统，在保证主用户服务质量(quality of service, QoS)的前提下,无论频谱是否被主用户占用，次用户都可以接入授权网络。但是，由于次用户的发送功率受到严格限制，次用户的传输质量很难得到保证。如何提高次用户性能成为研究的热点。
[0003]中继技术能有效地扩大信号的覆盖范围，提高传输质量，是第四代(4G)无线通信的关键技术之一。相对于传统的单向中继，双向中继技术能进一步提高频谱效率。因此，将双向中继技术和认知无线电结合起来，就成为提高次用户性能的可靠手段。
[0004]认知双向中继网络有望在未来的无线通信标准中出现。认知双向中继网络主要通过频谱共享来提高频谱资源的利用效率，同时引入双向中继技术提升次用户的通信质量。双向中继技术的引入带来两个好处:1.相对于传统的单向中继，可以进一步提高频谱效率；2.能保证次用户的传输质量。但是目前对于优化认知双向中继网络性能的方法还很少，这是需要解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0006]为此，本发明的目的在于提出一种认知双向中继网络的自适应优化方法，该方法可有效保证认知双向中继网络的数据传输可靠性。
[0007]本发明还提出了一种认知双向中继网络的自适应优化系统。
[0008]为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提供了一种认知双向中继网络的自适应优化方法，所述认知双向中继网络包括多个节点，所述多个节点至少包括主用户节点、次用户节点和中继站节点，所述方法包括以下步骤:设定所述主用户节点的干扰温度和所述次用户节点的中断概率门限值；估计得到所述认知双向中继网络中各个节点的信道状态信息；通过预设中断概率快速评估方法，利用所述各个节点的信道状态信息计算所述认知双向中继网络的中断概率；比较所述中断概率和所述中断概率门限值；以及如果所述中断概率小于所述中断概率门限值，则通过所述认知双向中继网络传输数据，否则调整所述认知双向中继网络的传输速率以降低所述认知双向中继网络的中断概率。
[0009]根据本发明实施例的方法，可以与网络预先设定的传输质量要求进行对比，如果评估的中断概率超过网络的设计要求，就可以通过实时调整次用户的传输速率，来降低系统的中断概率，保证网络传输的可靠性。
[0010]另外，根据本发明上述实施例的认知双向中继网络的自适应优化方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0011]在一些示例中，所述通过预设中断概率快速评估方法，利用所述各个节点的信道状态信息计算所述认知双向中继网络的中断概率，具体包括:对预设个数的时隙的中断概率进行评估；根据对所述预设个数的时隙的中断概率的评估结果计算得到所述认知双向中继网络的中断概率。
[0012]在一些示例中，所述预设个数为3。
[0013]在一些示例中，所述认知双向中继网络为采用时分广播传输模式的认知双向中继网络。
[0014]在一些示例中，所述次用户节点在用于数据传输过程时分为三个等时隙，并采用时分广播模式进行数据传输，所述中继站节点用于数据传输过程时，采用译码转发模式。
[0015]本发明第二方面的实施例一种认知双向中继网络的自适应优化系统，所述认知双向中继网络包括多个节点，所述多个节点至少包括主用户节点、次用户节点和中继站节点，所述系统包括:设定模块，用于设定所述主用户节点的干扰温度和所述次用户节点的中断概率门限值；估计模块，用于估计得到所述认知双向中继网络中各个节点的信道状态信息；中断概率计算模块，用于通过预设中断概率快速评估方法，利用所述各个节点的信道状态信息计算所述认知双向中继网络的中断概率；以及比较模块，用于比较所述中断概率和所述中断概率门限值；传输控制模块，用于在所述中断概率小于所述中断概率门限值时，控制所述认知双向中继网络传输数据，否则调整所述认知双向中继网络的传输速率以降低所述认知双向中继网络的中断概率。
[0016]根据本发明实施例的系统，可以与网络预先设定的传输质量要求进行对比，如果评估的中断概率超过网络的设计要求，就可以通过实时调整次用户的传输速率，来降低系统的中断概率，保证网络传输的可靠性。
[0017]另外，根据本发明上述实施例的认知双向中继网络的自适应优化系统还可以具有如下附加的技术特征
[0018]在一些示例中，所述中断概率计算模块用于:对预设个数的时隙的中断概率进行评估，并根据对所述预设个数的时隙的中断概率的评估结果计算得到所述认知双向中继网络的中断概率。
[0019]在一些示例中，所述预设个数为3。
[0020]在一些示例中，所述认知双向中继网络为采用时分广播传输模式的认知双向中继网络。
[0021]在一些示例中，所述次用户节点在用于数据传输过程时分为三个等时隙，并采用时分广播模式进行数据传输，所述中继站节点用于数据传输过程时，采用译码转发模式。
[0022]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0024]图1是根据本发明一个实施例的认知双向中继网络自适应优化方法的流程图；[0025]图2是根据本发明一个实施例的认知双向中继网络自适应优化方法中的认知双向中继网络的数据传输原理图；
[0026]图3是应用本发明一个实施例的认知双向中继网络自适应优化方法的中断概率的快速评估的仿真结果示意图；以及
[0027]图4是根据本发明一个实施例的认知双向中继网络自适应优化系统的结构框图。【具体实施方式】
[0028]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0029]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0030]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0031]参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0032]以下结合附图描述根据本发明实施例的认知双向中继网络自适应优化方法及系统。
[0033]图1是根据本发明一个实施例的认知双向中继网络自适应优化方法的流程图。其中，如图2所示，认知双向中继网络包括多个节点，多个节点至少包括主用户节点C(简称主用户)、次用户节点A和B (简称次用户)和中继站节点T (简称中继站)。如图1所示，根据本发明一个实施例的认知双向中继网络自适应优化方法，包括如下步骤:
[0034]步骤SlOl:设定主用户节点的干扰温度和次用户节点的中断概率门限值；
[0035]步骤S102:估计得到认知双向中继网络中各个节点的信道状态信息。
[0036]步骤S103:通过预设中断概率快速评估方法，利用各个节点的信道状态信息计算认知双向中继网络的中断概率。
[0037]具体地，通过预设中断概率快速评估方法，利用所述各个节点的信道状态信息计算所述认知双向中继网络的中断概率，具体包括:
[0038]S31:对预设个数的时隙的中断概率进行评估。其中，预设个数为3。
[0039]S32:根据对所述预设个数的时隙的中断概率的评估结果计算得到所述认知双向中继网络的中断概率。
[0040]步骤S104:比较中断概率和中断概率门限值。
[0041]步骤S105:如果中断概率小于中断概率门限值，则通过认知双向中继网络传输数据。
[0042]步骤S106:如果中断概率不小于中断概率门限值，则调整认知双向中继网络的传输速率以降低认知双向中继网络的中断概率。
[0043]在本发明的一个实施例中，认知双向中继网络为采用时分广播传输模式的认知双向中继网络。
[0044]在本发明的一个实施例中，次用户节点在用于数据传输过程时分为三个等时隙，并采用时分广播模式进行数据传输，所述中继站节点用于数据传输过程时，采用译码转发模式。
[0045]具体地说，本发明实施例的认知双向中继网络自适应优化方法中所提的认知双向中继网络中各个节点包括但不限于:主用户(即主用户节点)、次用户(即次用户节点)和中继站(即中继站节点)。作为一个具体的示例，如图2所示，示出了包含I个主用户C，2个次用户(即次用户A和次用户B)和I个中继站T。
[0046]本发明实施例的认知双向中继网络自适应优化方法的基本思想是:首先在主用户端预先设定一个干扰温度，各节点能获得信道状态信息，中继站采用译码转发(DF)方式。次用户采用时分广播(TDBC)模式，在三个等时隙的传输过程中，信道均为瑞利衰落信道。通过本发明实施例中预设的中断概率评估方法，得到准确的中断概率，并在此基础上，实时调整信息的传输速率，降低中断`概率，提升网络性能。
[0047]例如:设每个节点配置单天线，在认知双向中继网络中，依据TDBC协议，传输过程分为3个等时隙。如附图2中所示，用C表示主用户，A和B分别表示两个次用户，T表示中继站。示例中，C端预先设定一个干扰温度Ith，A、B和T在传输过程中，必须满足对于主用
户的干扰限制。即A、B和T的最大传输功率为和^F。
IM IM \hrc\
[0048]在传输过程的前两个时隙，A和B分别发送信号，在中继站T端的接收信号可以表示为:
[0049]Vn = h1T+ nri， yT2 = hljr+ H1
\\Kc\VlVl
[0050]其中xA 和 xB 分别为 A 和 B 的发送信号，hi」((i, j) e {(A, T)，(B, T)，(A, C)，(B, C)，(Τ, A)，(Τ, B)，(Τ，C)})，ητ1和ηΤ2分别是前两个时隙信道的Gauss白噪声。
[0051]在传输过程的第三个时隙，T将之前成功译码后的信号，重新编码，然后进行广播。在A、B端的接收信号为
[0052]yι^ ~ h.'n — + nn
\ψτλ
ο
[0053]其中I e {A, B}，χτ分别为T的发送信号，n13是接收端的Gauss白噪声。
[0054]根据中断概率的定义，即当信道容量I小于传输速率R，就认为发生中断。将定义进行扩展，在一个认知双向中继网络中，只要任何一个时隙发生中断，就认为网络发生了中断。因此中断概率可以表示为
[0055]
【权利要求】
1.一种认知双向中继网络的自适应优化方法，其特征在于，所述认知双向中继网络包括多个节点，所述多个节点至少包括主用户节点、次用户节点和中继站节点，所述方法包括以下步骤: 设定所述主用户节点的干扰温度和所述次用户节点的中断概率门限值； 估计得到所述认知双向中继网络中各个节点的信道状态信息； 通过预设中断概率快速评估方法，利用所述各个节点的信道状态信息计算所述认知双向中继网络的中断概率； 比较所述中断概率和所述中断概率门限值； 如果所述中断概率小于所述中断概率门限值，则通过所述认知双向中继网络传输数据；以及 如果所述中断概率不小于所述中断概率门限值，则调整所述认知双向中继网络的传输速率以降低所述认知双向中继网络的中断概率。
2.根据权利要求1所述的认知双向中继网络的自适应优化方法，其特征在于，所述通过预设中断概率快速评估方法，利用所述各个节点的信道状态信息计算所述认知双向中继网络的中断概率，具体包括: 对预设个数的时隙的中断概率进行评估； 根据对所述预设个数的时隙的中断概率的评估结果计算得到所述认知双向中继网络的中断概率。
3.根据权利要求2所述的认知双向`中继网络的自适应优化方法，其特征在于，所述预设个数为3。
4.根据权利要求1所述的认知双向中继网络的自适应优化方法，其特征在于，所述认知双向中继网络为采用时分广播传输模式的认知双向中继网络。
5.根据权利要求1-4任一项所述的认知双向中继网络的自适应优化方法，其特征在于，所述次用户节点在用于数据传输过程时分为三个等时隙，并采用时分广播模式进行数据传输，所述中继站节点用于数据传输过程时，采用译码转发模式。
6.一种认知双向中继网络的自适应优化系统，其特征在于，所述认知双向中继网络包括多个节点，所述多个节点至少包括主用户节点、次用户节点和中继站节点，所述系统包括: 设定模块，用于设定所述主用户节点的干扰温度和所述次用户节点的中断概率门限值； 估计模块，用于估计得到所述认知双向中继网络中各个节点的信道状态信息； 中断概率计算模块，用于通过预设中断概率快速评估方法，利用所述各个节点的信道状态信息计算所述认知双向中继网络的中断概率；以及 比较模块，用于比较所述中断概率和所述中断概率门限值； 传输控制模块，用于在所述中断概率小于所述中断概率门限值时，控制所述认知双向中继网络传输数据，否则调整所述认知双向中继网络的传输速率以降低所述认知双向中继网络的中断概率。
7.根据权利要求6所述的认知双向中继网络的自适应优化系统，其特征在于，所述中断概率计算模块用于:对预设个数的时隙的中断概率进行评估，并根据对所述预设个数的时隙的中断概率的评估结果计算得到所述认知双向中继网络的中断概率。
8.根据权利要求7所述的认知双向中继网络的自适应优化系统，其特征在于，所述预设个数为3。
9.根据权利要求6所述的认知双向中继网络的自适应优化系统，其特征在于，所述认知双向中继网络为采用时分广播传输模式的认知双向中继网络。
10.根据权利要求6-9任一项所述的认知双向中继网络的自适应优化系统，其特征在于，所述次用户节点在用于数据传输过程时分为三个等时隙，并采用时分广播模式进行数据传输，所述中继站节点·用于数据传输过程时，采用译码转发模式。
【文档编号】H04W24/02GK103826232SQ201410069622
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】王京, 洪浩, 张秀军, 肖立民, 粟欣, 田志刚 申请人:清华大学